Лабораторная работа 2 Испытание материалов на сжатие

Цель работы. Определение основных механических характеристик различных материалов путем снятия диаграммы на сжатие.

Постановка задачи. Испытание на сжатие проводят при статическом нагружении, т. е. нагрузка к испытуемому образцу прикладывается плавно, без толчков и ударов, с постепенным нарастанием во времени.

Испытанию на сжатие подвергают образцы из различных материалов (рис. 1) в виде цилиндра или кубика.

дерево

Рис. 1. Формы образцов.

Общие сведения. Размеры образцов для различных материалов различны. Для стального цилиндра высота должна быть в пределах: h = 3d с целью обеспечения устойчивости образца. Ребро кубика может быть от 20 до 40 мм.

При сжатии цилиндрика из пластичного материала при напряжениях ниже предела пропорциональности и текучести материал ведет себя так же, как при растяжении. Величина предела пропорциональности и модуля упругости для пластичных материалов при сжатии и растяжении примерно одинаковы.

После перехода за пределы пропорциональности появляются остаточные деформации. Благодаря трению между опорными плитами пресса и основаниями образца затрудняются поперечные деформации материала у торцов образца; он принимает бочкообразную форму (рис.2).

Рис. 2. Рис. 3.

По мере увеличения площади поперечного сечения образца приходится увеличивать нагрузку, образец продолжает деформироваться. Типичная диаграмма напряжения (рис. 3) при сжатии для пластичных материалов не имеет напряжений аналогично пределу прочности при разрыве. Хрупкие материалы: чугун бетон, камень при сжатии разрушаются так же, как при растяжении, при весьма малых деформациях. При испытании чугуна части образца по достижении разрушающей нагрузки сдвигаются одна по другой по косым площадкам (рис. 4).

Рис. 4 Рис.5.

При сжатии чугунный образец разрушается в результате образования наклонных трещин, направленных примерно под углом 45⁰ к оси образца, т.е. параллельно площадкам, в которых действуют наибольшие касательные напряжения.

Диаграмма сжатия чугунного образца показана на рис. 5. Некоторые материалы обладают различными свойствами в различных направлениях. Такие материалы получили название анизотропные материалы.

При сжатии образцов из дерева получают резко различные результаты в зависимости от направления сжатия по отношению к волокнам. При сжатии дерева вдоль волокон предел прочности оказывается примерно в 10 раз больше, чем при сжатии поперек волокон, а деформация – значительно меньше.

На рис.6 показаны диаграммы сжатия и виды образцов после испытаний вдоль (а) и поперек (б) волокон.

Для сухой сосны средние значения предела прочности на сжатие вдоль волокон примерно 35 + 40 Н/мм² , поперёк волокон предел прочности составляет 5,0 Н/мм² .

Разрушение твёрдых пород дерева сопровождается сдвигами по косым площадкам, следовательно, в этом случае древесина также разрушается от действия касательных напряжений.

СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Отчёт о проделанной работе должен иметь следующее содержание:

1. Схема испытательной машины и её характеристики.

2. Эскиз и размеры образцов до и после испытания.

3. Диаграмма сжатия, вычерченная в масштабе с указанием всех характерных точек.

4. Вычисление основных механических характеристик материала.

Таблица наблюдений

Материал
Размеры / Высота h, мм образца / Диаметр d, мм / Площадь сечения F, мм2
Максимальное значение сжимающей силы Р, н
Временное сопротивление (для хрупких материалов) Н/мм2, МПа
Максимальное напряжение (для пластичных материалов) Н/мм2, МПа

КОНРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое допускаемое напряжение на сжатие?

2. Что такое пластичность?

3. Какие материалы называются анизотропными?

4. Какое различие между диаграммой механических характеристик и диаграммой напряжений ?

5. Почему разрушение у крупных материалов наблюдается в плоскостях под углом к оси образца?

ЛИТЕРАТУРА

1. Беляев Н. М. Сопротивление материалов.

2. Дарков А. Б. Сопротивление материалов.

3. Афанасьев А. М. Лабораторный практикум по сопротивлению материалов.